我爷爷与诺贝尔奖擦身而过

1947年，兰姆测得氢原子能级偏离狄拉克理论的"兰姆位移"，由此获1955年诺贝尔物理学奖；这一发现更推动了量子电动力学革命，促成费曼等三人获1965年诺奖。

但很少有人知道，早在1934年，中国物理学家谢玉铭就与胡斯顿用光学方法观测到这一偏差，并推测源于电子与自身辐射场的相互作用。这项先驱工作却被埋没半个世纪，直到杨振宁等人重提才获正名。

谢玉铭肖像，出自《中国名人录》；1936年上海中国周刊出版的《中国领导人传记》。图源：维基百科

1934年2月15日，美国《物理评论》刊登了一篇题为《氢原子光谱Hα线的精细结构》的论文（Houston W V,Hsieh Y M.The Fine Structure of the Hα Line of Hydrogen. Physical Review, 1934, 45: 263-272），署名是加州理工学院的W.V.胡斯顿教授和来自中国燕京大学的访问教授谢玉铭。他们在文中写道：“我们的实验结果与狄拉克理论的偏差，可能来自电子与其自身辐射场的相互作用。”

13年后，威利斯·兰姆（Willis Eugene Lamb 1913—2008）用微波技术测到了同一个物理效应，后来物理学界将这一效应命名为“兰姆位移”，兰姆以此获得1955年诺贝尔物理学奖。1947年，汉斯·阿尔布雷希特·贝特（Hans Albrecht Bethe, 1906—2005）在质量重整化思路下对电子自能作了试探性计算，首次给出兰姆位移的理论解释，为量子电动力学（QED）的重整化理论开辟了道路，这一突破直接推动了费曼、施温格、朝永振一郎三人获得1965年诺贝尔物理学奖。

但很少有人知道，这场20世纪物理学最伟大革命的关键实验前兆，早在1934年就由中国物理学家参与揭示。1986年，物理学史名著《第二次创造》（Crease R P, Mann C C. The Second Creation: Makers of the Revolution in Twentieth-Century Physics. Macmillan, 1986）将1934年这篇论文称为“惊人的提议”。直到杨振宁偶然读到这本书，打电话问谢玉铭的女儿、复旦大学校长谢希德：“你父亲是不是做过氢光谱的实验？”杨振宁将这个故事写成一篇短文《一个真的故事》，发表在《物理》杂志1987年第三期，是中国国内最早系统介绍谢玉铭贡献的文献，直接推动了后续物理学史界对该工作的重新评估。

杨振宁：《一个真的故事》手稿

本文将从这场跨越半个世纪的物理学故事出发，讲清谢玉铭与兰姆位移的前世今生，还原一位中国物理学家的先驱贡献。

1955年斯德哥尔摩的缺席者

1955年12月10日，瑞典斯德哥尔摩音乐厅，威利斯·兰姆从瑞典国王手中接过诺贝尔物理学奖奖章。颁奖词写道：兰姆教授因发现氢光谱精细结构的异常，库什教授因精确测定电子的反常磁矩，推动了量子电动力学的建立。

从左至右：化学奖得主文森特·迪维尼奥、物理学奖得主威利斯·兰姆与波利卡普·库什、生理学或医学奖得主雨果·特奥雷尔，以及文学奖得主哈尔多尔·拉克斯内斯，在1955年12月10日斯德哥尔摩诺贝尔颁奖典礼结束后，正端详各自的获奖证书（照片来源：诺贝尔官网）

兰姆获奖的核心是“兰姆位移”：他用微波共振法测到，氢原子中的两个能级并不像狄拉克（Paul Dirac）相对论量子力学预言的那样简并（简并，即degenerate，在量子力学里的意思是：两个不同的量子态，具有完全相同的能量。通俗地讲，就像两把一模一样的尺子，本来应该量出同样的长度，但实际测量却发现它们有细微差别），而是存在约1057MHz的能量差。这个微小的偏差，直接戳破了当时最完美的物理理论之一——狄拉克方程的天花板，迫使物理学家重新审视“电子和光到底如何相互作用”这个根本问题。

早在13年前的1934年，就有一组科学家用光学方法观测到了这个偏差，并且给出了接近正确的物理解释。这组科学家就是加州理工学院的W.V.胡斯顿教授和中国物理学家谢玉铭教授。

当时的学界并没有意识到这个发现的价值：同期加州理工学院Spedding教授和康奈尔大学Gibbs教授的测量结果和胡斯顿-谢玉铭的结果不一致，加上第二次世界大战爆发，相关研究被搁置。更关键的原因是，当时狄拉克是理论物理界的绝对权威：狄拉克在1928年提出相对论量子力学方程，还于1933年获诺贝尔物理学奖，他的氢原子精细结构结果是当时学界的标准。面对胡斯顿-谢玉铭的实验偏差，主流学界几乎本能地将差异归咎于实验误差——何况同期另外两组实验（Spedding组、Gibbs组）的结果和胡斯顿-谢玉铭的不一致，Spedding组测得能级差比狄拉克理论小，Gibbs组则显示无显著差异，而胡斯顿-谢玉铭组明确观测到正向偏差——这种数据打架让学界更倾向于归咎于实验误差，鲜有人敢往理论本身存在漏洞的方向想。直到1947年兰姆用更精准的微波技术重新发现这个效应，学界才意识到，胡斯顿和谢玉铭在1934年看到的，正是后来被称为“兰姆位移”的同一个物理现象。

为什么一个足以改变物理学进程的工作，会被埋没近半个世纪？为什么它的主角之一是一位中国物理学家？我们需要把时钟拨回到1932年的加州理工学院。

谢玉铭：从福建石狮到芝加哥再到加州理工

我爷爷谢玉铭1895年出生于福建石狮，1913年考入通州协和大学，自1921年起在燕京大学物理系任教。1923年，他获得洛克菲勒奖学金赴美留学，在哥伦比亚大学获得硕士学位后，进入芝加哥大学物理系攻读博士，师从1907年诺贝尔物理学奖得主阿尔伯特·迈克耳逊（Albert Michelson）——那位用干涉仪精确测量光速、奠定现代光学精密测量基础的物理学家。

1926年，谢玉铭以《多光束干涉仪的研究》为题完成博士论文，回到燕京大学物理系任教，后来接任系主任。他对干涉仪的熟悉，为他后来的氢光谱研究埋下了伏笔。

1932年，谢玉铭获得燕京大学休假资助，赴美国加州理工学院担任客座教授。此时的加州理工已经是世界物理学研究的中心之一：1923年诺奖得主罗伯特·密立根（Robert Millikan）任校长兼物理系主任，日后成为量子力学大师的罗伯特·奥本海默（J.Robert Oppenheimer，就是电影《奥本海默》中那位主持原子弹研发的曼哈顿计划首席科学家）、卡尔·安德森（Carl D.Anderson，发现正电子粒子并荣获1936年诺贝尔物理学奖）等物理大师也在这里任教。

1931年，加州理工学院物理系教师合影。前排左4为威廉•胡斯顿、左5为罗伯特•密立根、左6为爱因斯坦。密立根交叉抱臂，翘二郎腿，气场十足；爱因斯坦则略显拘谨，身体向右倾，似乎怕碰到密立根，有一种寄人篱下感觉。但实际上，密立根非常希望爱因斯坦留在加州理工学院工作。爱因斯坦从1931年到1933年在加州理工学院连续度过了三个冬天之后，他最终还是选择了普林斯顿高等研究院。